Balok adalah komponen struktur yang bertugas meneruskan beban yang disangga sendiri maupun dari plat kepada kolom penyangga. Balok menahan gaya-gaya yang bekerja dalam arah transversal terhadap sumbunya yang mengakibatkan terjadinya lenturan (Dipohusodo,1994).
Menurut Nawy (1990), berdasarkan jenis keruntuhannya, keruntuhan yang terjadi pada balok dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu :
a. Penampang Balanced
Tulangan tarik mulai leleh tepat pada saat beton mencapai regangan ultimatnya dan akan hancur karena tekan. Pada saat awal terjadinya keruntuhan, regangan tekan yang diijinkan padaa saat serat tepi yang tertekan adalah 0,003 sedangkan regangan baja sama dengan regangan lelehnya yaitu εy = fy/Es. b. Penampang Over-Reinforced
Keruntuhan ini ditandai dengan hancurnya beton yang tertekan. Pada awal keruntuhan, regangan baja εs yang terjadi masih lebih kecil daripada regangan lelehnya εy. Dengan demikian tegangan baja fy juga lebih kecil daripada tegangan lelehnya fy. Kondisi ini terjadi apabila tulangan yang digunakan lebih banyak daripada yang diperlukan dalam keadaan balanced.
c. Penampang Under-Reinforced
Keruntuhan ini ditandai dengan terjadinya leleh pada tulangan baja meskipun tegangan pada beton tekan masih belum mencapai tegangan ultimatnya. Kondisi penampang yang demikian dapat terjadi apabila tulangan tarik yang dipakai pada balok kurang dari yang diperlukan dalam keadaan balanced.
2.10.1 Balok T Tulangan Rangkap
Perencanaan balok T tulangan rangkap adalah proses menentukan dimensi tebal dan lebar flens. Lebar dan tinggi efektif balok, dan luas tulangan baja tarik. Balok T juga didefinisikan sebagai balok yang menyatu dengan plat, dimana plat tersebut mengalami tekanan.
Dengan nilai MD b, ML b, ME b, (Statika / hasil STAAD Pro V8i), dimana kombinasi untuk Mu balok :
= 1,4MD b
= 1,2MD b + 1,6ML b
= 1,2MD b + 1,0ML b ± 1,0ME b
= 0,9MD b ± 1,0ME b
Dari keempat kombinasi di atas maka diambil nilai Mu yang paling besar. Balok persegi memiliki tulangan rangkap apabila momen yang harus ditahan cukup besar dan As perlu ˃ As Maks.
Untuk tulangan maksimum ada persyaratan bahwa balok atau komponen struktur lain yang menerima beban lentur murni harus bertulang lemah (under reinforced) SNI 2847-2013 memberikan batasan tulangan tarik maksimum sebesar 75% dari yang diperlukan pada keadaan regang seimbang. As maks = 0,75 ρb.
As maks = 0,75 (0,85.𝑓𝑐.𝛽1
𝑓𝑦 𝑥 600
600+𝑓𝑦) ... (2.13) Untuk tulangan minimum agar menghindari terjadinya kahancuran getas pada balok, maka SNI 2847-2013 pada halaman 76 juga mengatur jumlah minimum tulangan yang harus terpasang pada balok, yaitu :
As min = 0,25√𝑓𝑐′
4.𝑓𝑦 . 𝑏𝑤. 𝑑 dan tidak lebih kecil dari As min = 1,4
𝑓𝑦. 𝑏𝑤. 𝑑 Langkah-langkah perencanaan balok T tulangan rangkap
Dapatkan nilai MD b, ML b, ME b, (Statika / hasil STAAD Pro V8i), dimana kombinasi untuk Mu balok :
= 1,4MD b
= 1,2MD b + 1,6ML b
= 1,2MD b + 1,0ML b ± 1,0ME b
= 0,9MD b ± 1,0ME b
1. Tentukan tulangan tarik dan tekan
2. Hitung nilai d’ = tebal selimut beton + diameter sengkang + ½ x diameter tulangan tarik. Setelah itu hitung d = h – d’.
Gambar 2.13 Gambar diagram tegangan balok T
Menurut SNI 2847-2013 pasal 8.12.2, lebar plat efektif yang diperhitungkan bekerja sama dengan rangka menahan momen lentur ditentukan sebagai berikut :
1. Jika balok mempunyai plat dua sisi. Lebar efektif diambil nilai terkecil dari : (1) beff ˂ ¼ dari bentang balok (panjang balok) (2) ˂ bw + 8hfkiri + 8hfkanan
(3) ˂ bw + ½ jarak bersih ke badan di sebalahnya. 2. Jika balok hanya mempunyai plat satu sisi.
Lebar efektif diambil nilai terkecil dari :
(1) beff ˂ 1/12 dari bentang balok (panjang balok) L (2) beff ˂ bw + (6 x hfkir) + (6 x hfkanan)
(3) beff ˂ bw + ½ jarak bersih ke badan di sebalahnya.
3. Mencari letak garis netral jika sumbu netral diasumsikan terletak didalam flens, nilai a dapat dihitung seperti pada balok persegi:
Analisa balok bertulang rangkap dimana tulangan tekan sudah leleh. Misalkan tulangan tarik dan tulangan leleh.
Cc = 0,85 . f’c . ab Cs = As’ . fs’ = As’ . fy Ts = As . fy
∑H = 0 → Cc + Cs = Ts
0,85 . f’c . a . b + As’ . fy = As . fy
0,85 . f’c . a . b = As . fy – As’ . fy = fy (As – As’) Sehingga, nilai a = 𝑓𝑦 (𝐴𝑠−𝐴𝑠
′) 0,85 .𝑓′𝑐.𝑎.𝑏
Dengan nilai tersebut kita kontrol tegangan yang terjadi apakah tulangan tekan leleh apa belum. Jika leleh, perhitungan dapat dilanjutkan dan jika belum leleh nilai a kita hitung kembali dengan persamaan lain.
Tinggi garis netral c = 𝑎
𝛽1 = 𝑓𝑦 (𝐴𝑠−𝐴𝑠
′) 𝛽1 .0,85 .𝑓′𝑐.𝑏 Dari diagram regangan 𝜀
′𝑠 𝜀′𝑐 = (𝑐−𝑑
′)
𝑐 → 𝜀′𝑠 = (𝑐−𝑑′)
𝑐 𝜀′𝑐
Jika ɛs’ ˂ εy = fy/εs → berarti tulangan tekan belum leleh maka perhitungan diulang.
Jika ɛs’ ˃ εy = fy/εs → berarti tulangan tekan belum leleh maka perhitungan dilanjutkan.
Mn = Cc . z1 + Cs . z2 dimana : z1 = 𝑑 −𝑎
2 dan z2 = z – z’
Analisis balok bertulang rangkap dimana tulangan tekan belum leleh. Ini terjadi jika nilai ɛs’ ˃ εy = fy/εs
Untuk itu dicari nilai a dengan persamaan-persamaan sebagai berikut : ∑H = 0, maka Cc + Cs = Ts 0,85 . f’c . a . b + As’ . fy = As . fy fs’ = ɛs’ . ɛs, dimana : 𝜀′𝑠 = (𝑐−𝑑′) 𝑐 𝜀′𝑐 𝑓𝑠′= (𝑐−𝑑′) 𝑐 𝜀′𝑐 . 𝜀𝑠 =(𝑐−𝑑′) 𝑐 . 0,003 . 200000 𝑓𝑠′= (𝑐 − 𝑑′) 𝑐 . 600 Maka 0,85 . f’c . a . b + As’ . 600 = As . fy (0,85 . f’c . a . b) . x + As’ . (c – d’) . 600 = As . fy . c Dengan substitusi nilai a = β1 . c
(0,85 . f’c . β1 . c . b) . c + As’ . (c – d’) . 600 = As . fy . c (0,85 . f’c . β1 . b) . c2 + As’ . (c – d’) . 600 = As . fy . c
(0,85 . f’c . β1 . b) c2 + 600.As’.c – As . fy . c – 600 . As’.d = 0 (0,85 . f’c . β1 . b) c2 + (600.As’ – As . fy) . c – 600 . As’.d = 0 Dengan rumus ABC nilai x dapat dihitung :
𝑐1.2−𝑏 ± √𝑏
2− 4𝑎𝑐 2𝑎
Selanjutnya dapat dihitung dengan nilai-nilai : 𝑓𝑠′= (𝑐 − 𝑑′) 𝑐 . 600 Cc = 0,85 . f’c . a . b dimana a = β1 . x Cs = As’ . fs’ z1 = 𝑑 −𝑎 2 dan z2 = d – d’ Mn = Cc . z1 + Cs . z2
2.10.2 Perencanaan Balok Terhadap Geser
Komponen struktur yang mengalami lentur akan mengalami juga kehancuran geser, selain kehancuran tarik/tekan. Sehingga dalam perencanaan struktur yang mengalami lentur selain direncanakan tulangan lentur, juga harus direncanakan tulangan geser.
Kuat geser pada struktur yang mengalami lentur SNI 2847-2013 adalah : ϕVu ≥ Vn
Vn = Vc + Vs Dimana :
Vu = gaya geser terfaktor pada penampang yang ditinjau.
Vc = kuat geser nominal yang disediakan oleh beton pada penampang yang ditinjau.
Vs = kuat geser nominal yang disediakan oleh tulangan geser pada penampang yang ditinjau.
Vn = kuat geser nominal pada penampang yang ditinjau.
Gaya geser terfaktor (Vu) ditinjau pada penampang sejarak (d) dari muka tumpuan dan untuk penampang yang jaraknya kurang dari d dapat direncanakan sama dengan pada penampang yang sejarak d.
Kuat geser yang disumbangkan oleh beton sesuai dengan SNI SNI 2847-2013 pasal 11.2.1.1 adalah :
Vc = 0,17 𝜆√𝑓′𝑐 . bw . d Dimana :
bw = lebar badan balok
d = jarak dari serat terluar ke titik berat tulangan tarik longitudinal Ada 2 keadaan :
Bila Vu ˃ ½ ϕVc, maka harus dipasang tulangan geser minimum dengan luas tulangan :
𝐴𝑣 =0,35 𝑏𝑤. 𝑠 𝑓𝑦
Dan bila Vu ˃ ϕVc, maka harus dipasang tulangan geser, sedangkan besar gaya geser yang disumbangkan oleh tulangan adalah :
𝑉𝑠 =𝐴𝑣. 𝑓𝑦. 𝑑 𝑠 Dimana :
Av = luas tulangan geser dalam daerah sejarak s. Av = 2 . ¼ π d2
s = spasi tulangan geser dalam arah paralel dengan tulangan longitudinal.
Sedangkan untuk spasi sengkang adalah : s ≤ ½ d
s ≤ 600 mm
Sedangkan bila Vs ˃ 0,33√𝑓′𝑐 bw . d, maka spasi tulangan adalah : s ≤ ¼ d
s ≤ 300 mm
Dalam hal ini Vs tidak boleh lebih besar dari 0,66√𝑓′𝑐 bw . d